基于灰色系統(tǒng)理論的瀝青路面使用性能預(yù)測

王新竹 孔令云

依托工程全長122.5 km,投資巨大,于2003年12月通車。本文根據(jù)依托工程各項參數(shù)跟蹤觀測結(jié)果,利用灰色預(yù)測模型GM(1,1)對其路面使用性能進行了預(yù)測,以便為今后依托工程的養(yǎng)護、維修工作提供依據(jù)。

1 灰色預(yù)測模型簡介

表1 依托工程的性能指標(biāo)匯總表

灰色預(yù)測模型(GM-Grey Model)主要是應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論,對所得的數(shù)據(jù)列建立動態(tài)模型。GM(1,1)是實際應(yīng)用中最為普遍的一種灰色預(yù)測模型,是灰色系統(tǒng)理論的核心模型,該模型僅用4個數(shù)據(jù)就可以估計模型參數(shù),且可達到一定的模擬精度。

GM(1,1)預(yù)測模型的適用條件:1)-a≤0.3時,GM(1,1)可用于中長期預(yù)測;2)0.3＜-a≤0.5時,GM(1,1)可用于短期預(yù)測,中長期預(yù)測慎用。

2 依托工程跟蹤觀測結(jié)果

選擇了表1中的指標(biāo)進行其中長期性能的預(yù)測。

1)PQI,PCI,RQI,SSI,BPN為我國JTJ 073-96公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范中的綜合評價指標(biāo);2)PSI[1]為日本道路維修綱要中的現(xiàn)時服務(wù)指數(shù),其注重的是路面服務(wù)質(zhì)量,模型影響參數(shù)為路面平整度和裂縫率;3)MCI為日本建設(shè)省土木研究所提出的養(yǎng)護控制指數(shù)[1];4)R4為我國學(xué)者提出的綜合評價指標(biāo)[2];5)PCI計算中,車轍換算系數(shù)按公式K=0.000 064RD3計算得到;6)各指標(biāo)的維修養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 各指標(biāo)的維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯總表

3 依托工程長期使用性能預(yù)測精度分析

發(fā)展系數(shù)-a是灰色預(yù)測模型預(yù)測精度的一個重要體現(xiàn),根據(jù)預(yù)測結(jié)果對各指標(biāo)的發(fā)展系數(shù)-a進行了匯總,見表3。

表3 發(fā)展系數(shù)(-a)匯總表

根據(jù)相關(guān)分析可知,發(fā)展系數(shù)-a的絕對值為0.005 25時,預(yù)測精度最高,在該點兩側(cè),預(yù)測誤差呈對稱的、單調(diào)的形式向上發(fā)展。

將表3中發(fā)展系數(shù)與預(yù)測模型的適用條件進行對比可以發(fā)現(xiàn):

1)依托工程各項指標(biāo)預(yù)測的發(fā)展系數(shù)-a均小于0.3,滿足GM(1,1)模型的適用條件;

2)其預(yù)測誤差在10%以內(nèi)。

4 依托工程長期使用性能預(yù)測結(jié)果分析

對表1中的各項參數(shù)利用灰色預(yù)測模型進行了預(yù)測,結(jié)果見圖1～圖9。

表4 回歸曲線及維修時間匯總表

根據(jù)圖1～圖9,對各項指標(biāo)隨著通車時間的變化規(guī)律采用二次曲線進行了回歸;根據(jù)回歸曲線,對各路段在僅考慮單項指標(biāo)時需維修的時間進行了計算,見表4。

對表4中通車時間大于8的結(jié)果不予采用;通車時間小于4的結(jié)果也不予采用?；谝陨蟽牲c,對表4中的計算結(jié)果剔除以上兩個方面的數(shù)據(jù)后(表4中用刪除線表示)進行平均,可知各路段需維修的時間為:

SUP段需要中修的時間為:通車6.0年;SMA段需要中修的時間為:通車6.6年;AK段需要中修的時間為:通車5.5年。

各路段在以上時間之前,進行日常養(yǎng)護、維修即可。該養(yǎng)護維修的結(jié)論,結(jié)合后期的現(xiàn)場觀測分析,具有較強的操作性,與依托工程的實際情況吻合較好。

5 結(jié)語

灰色預(yù)測模型GM(1,1)在進行使用性能預(yù)測時,需要的原始數(shù)據(jù)量相對較小,但預(yù)測結(jié)果對實際工程有較強的指導(dǎo)性,可應(yīng)用于高速公路的長期使用性能預(yù)測。

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